6. Магніто - тверді матеріали
Магнітно-тверді матеріали (магнітножорсткі або висококоерцитивні матеріали) - магнітні матеріали (феро- та феримагнетики), котрі намагнічуються до насичення і перемагнічуються в порівняно сильних магнітних полях. Магнітна проникність таких матеріалів нижча, ніж магнітно-м’яких матеріалів, причому чим вища коерцитивна сила, тим менша магнітна проникність. Для них характерна велика кількість різних дефектів, що утруднюють переміщення доменних границь.
З магнітно-твердих речовин виготовляють, головним чином, постійні магніти, які набули широкого застосування.
За складом і способом одержання розрізняють:1) леговану мартенситну сталь; 2) литі магнітно-тверді сплави; 3) магніти з порошків ;4) магнітно – тверді ферити ; 5)магнітні стрічки.
Мартенситна сталь належить до найпростіших і найдоступніших матеріалів. Використовується лише легована хромом (до 10 %), вольфрамом (до 6 %), кобальтом (до 16 %) сталь. Набуває потрібних магнітних властивостей після гартування з утворенням мартенситу-специфічної структурної складової. Через невисокі магнітні характеристики має обмежене застосування.
Найбільшу кількість постійних магнітів виготовляють з литих сплавів складу Fe-Al-Ni та Fe-Al-Ni-Co.
Сплави системи Fe-Al-Ni містять 20-30 % Ni, 11-13 % Al, легуються міддю, інколи титаном. Мають порівняно невисокі магнітні властивості.
Сплави систем Fe-Al-Ni-Co містять 12-26 % Ni, 2-40 % Co і 6-13 % Al з додаванням міді (2-8 %), титану (0-9 %) та ніобію (0-3 %) для поліпшення властивостей.
Порошкові матеріали використовуються способом пресування з наступною термообробкою. Їх застосування особливо важливе, коли треба виготовити дрібні вироби з суворим додержанням розмірів. Матеріали (магніти) цієї групи поділяються на металокерамічні, металопластичні та оксидні.
Металокерамічні магніти одержують пресуванням і наступним спіканням без зв’зуючої речовини порошку з подрібненого магнітно-твердого сплаву. За магнітними властивостями вони майже не поступаються литим магнітам, але дорогі. Дрібні деталі за такої технології одержують з досить точними розмірами без потреби в додатковій обробці.
Металопластичні магніти одержують пресуванням магнітного порошку зі зв’язуючим і нагріванням до невисокої температури, необхідної для полімеризації останнього. Ці магніти відзначаються простішою технологією виготовлення, вищим питомим опором, нижчою вартістю, але їх магнітні властивості гірші, ніж литих.
Оксидні матеріали являють собою магнітно-тверді ферити. Найчастіше використовують барієвий ферит BaO*6Fe2O3, котрий не містить дефіцитних компонентів. Матеріал має високе значення коерцитивної сили (до 240 кА/м), питомий опір 104-107 Ом*м, але невелику залишкову індукцію (~0.38 Тл) і (ВН)max –до 12 кДж/м3. Як недоліки барієвих магнітів слід відзначити невисоку механічну міцність, крихкість, сильну залежність магнітних властивостей від температури.
Краща температурна стабільність у фериту кобальту, але його вартість значно вища.
Матеріали для звукозапису. Для запису і відтворення інформації використовуються суцільні металеві стрічки з магнітно-твердих сталей і сплавів (головним чином в спеціальній апаратурі) та стрічки на пластмасовій основі з порошковим робочим шаром. Для виготовлення останніх застосовуються дешеві доступні оксиди заліза - магнетит Fe3O4 (чорного кольору) та Fe2O3 (коричнево-жовтого кольору). Технічні характеристики стрічки залежать не лише від властивостей вихідних матеріалів, а й від ступеня подрібнення часток, об’ємної густини магнітного матеріалу в робочому шарі, орієнтації часток; вони визначають якість запису - відтворення на малих швидкостях руху носія.
Матеріали з високою питомою енергією. До цієї групи належать сплави металів групи заліза (Fe, Co, Ni) з рідкісно-земельними металами, що відзначаються рекордними значеннями всіх основних магнітних характеристик при задовільних характеристиках температурної і часової стабільності. Спочатку віддавалась перевага сплавам Sm –Co, які виявились найтехнологічнішими. В 1987 р. промислово освоєно виробництво постійних магнітів на основі сплавів системи Nd-Fe-B, які загалом мають кращі характеристики (крім діапазону робочих температур). Їх світове виробництво швидко зростає.
Інтенсивно ведуться дослідження з метою одержання нових матеріалів з кращими властивостями, зниження їх вартості, розробки нових технологічних прийомів виготовлення магнітів.
Контрольні питання.
1. Як класифікують матеріали за їх магнітними властивостями ?
2. Яка різниця в будові і властивостях феримагнетиків та феромагнетиків ?
3. Назвіть основні характеристики магнітних матеріалів.
4. Які магнітно-м’які матеріали знайшли широке застосування в техніці ?
5. Які вимоги ставляться до магнітно-твердих матеріалів ?